Основные принципы выщелачивания золота цианированием

Цианирование золота, важнейший гидрометаллургический процесс, стало краеугольным камнем добыча золота более века с момента его коммерциализации в 1890-х годах. В этой статье рассматриваются основные химические и физические механизмы, лежащие в основе цианирования золота, предлагая всестороннее понимание этого незаменимого метода в золотодобывающей промышленности.

Химические реакции: суть цианирования

Процесс цианирования основан на уникальной реакционной способности золота в присутствии ионы цианида (CN⁻) и окислитель, обычно кислород из воздуха. Фундаментальную химическую реакцию можно суммировать следующим образом: Четыре моля золота (Au), реагирующие с восемью молями Цианид натрия (NaCN), один моль кислорода (O₂) из воздуха и два моля воды (H₂O) дают четыре моля дицианоаурата(I) натрия (Na[Au(CN)₂]) и четыре моля гидроксида натрия (NaOH).

В этой реакции атомы золота окисляются до степени окисления +1 и образуют стабильные комплексы дицианоаурата(I) \([Au(CN)_2]^- \). Ионы цианида действуют как комплексообразователи, стабилизируя ионы золота в растворе, в то время как кислород служит акцептором электронов, управляя окислением золота. Этот механизм окислительно-восстановительного комплексообразования обеспечивает селективное растворение золота из его руд даже при относительно низких цианид концентрации (0.01 - 0.1%).

Физические процессы: массоперенос и кинетика выщелачивания

Помимо химических реакций, эффективность цианирование золота регулируется физическими процессами, такими как массоперенос и диффузия. Общая скорость выщелачивания зависит от диффузии реагентов (цианида и кислорода) к поверхности золота и диффузии образованных дицианоауратных комплексов от поверхности. Согласно модели сжимающегося ядра, выщелачивание золота происходит в три последовательных этапа:

1. Внешний массоперенос: Цианид и кислород диффундируют через пограничный слой, окружающий частицу золота.

2. Поверхностная реакция: Окисление и комплексообразование происходят на границе раздела золото-раствор.

3. Внутренняя диффузия: Образованные комплексы золота и цианида диффундируют из частицы. Самый медленный из этих этапов определяет общую скорость выщелачивания, часто являясь внешним массопереносом или поверхностной реакцией, в зависимости от условий эксплуатации.

Факторы, влияющие на эффективность цианирования

На эффективность цианирования золота существенно влияют несколько ключевых факторов:

• Концентрация цианида: Для образования стабильных комплексов требуется достаточное количество цианида, но избыточное количество может привести к увеличению затрат и экологическим проблемам. Оптимальные концентрации варьируются в зависимости от характеристик руды.

• Доступность кислорода: Достаточное количество кислорода имеет решающее значение для реакции окисления. Методы аэрации, такие как механическое перемешивание или барботирование воздухом, используются для улучшения переноса кислорода.

• Контроль pH: Процесс обычно проводится при высоком pH (9 - 11) для подавления образования токсичного газа цианистого водорода (HCN). Известь обычно используется для поддержания желаемого уровня pH.

• Рудная минералогия: Присутствие сульфидов, углеродистых материалов и других минералов может помешать цианированию. Например, сульфиды могут потреблять цианид и кислород, в то время как углеродистые вещества могут адсорбировать комплексы золота и цианида, вызывая «прег-роббинг».

Методы повышения эффективности цианирования

Для повышения эффективности извлечения золота применяются различные методы обогащения:

• Предварительная обработка: Обжиг, окисление под давлением или биоокисление можно применять к тугоплавким рудам для удаления мешающих минералов и обнажения поверхностей золота.

• Добавки: Для улучшения скорости растворения или подавления побочных реакций можно добавлять такие соединения, как тиомочевина или аммиак.

• Оптимизированная конструкция оборудования: Усовершенствованные реакторы выщелачивания с улучшенными возможностями смешивания и массообмена, такие как реакторы с перемешиванием или системы кучного выщелачивания, могут повысить общую производительность процесса.

В заключение, выщелачивание цианированием золота является сложным, но высокоэффективным процессом, который сочетает в себе химические реакции, физический массоперенос и тщательный контроль множества рабочих параметров. Понимание этих фундаментальных принципов имеет важное значение для оптимизации процессов извлечения золота, обеспечения экономической жизнеспособности и минимизации воздействия на окружающую среду в золотодобывающей промышленности. Поскольку спрос на золото продолжает расти, текущие исследования сосредоточены на разработке более эффективных, устойчивых и экологически безопасных методов цианирования.